渦街流量計與節(jié)流式差壓流量計性能比較

(1)渦街流量計的優(yōu)點   與節(jié)流式差壓流量計相比，渦街流量計有如下優(yōu)點。

①     結(jié)構(gòu)簡單、牢固、安裝維護方便。無需導(dǎo)壓管和三閥組等，減少泄露、堵塞和凍結(jié)等。

②     度較高，一般為±（1～1.5）％R。

③     測量范圍寬，合理確定口徑，范圍度可達20:1。

④     壓損小，約為節(jié)流式差壓流量計的1/4～1/2。

⑤     輸出與流量成正比的脈沖信號，無零點漂移。

⑥     在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率不受流體物性（密度、粘度）和組成的影響，即儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀、尺寸有關(guān)。

（2）渦街流量計的局限性

①     對管道機械振動較敏感，不宜用于強振動場所。

②     口徑越大，分辨率越低，一般滿管時流量計用于DN400以下。

③     流體溫度太高時，傳感器還有困難，一般流體溫度≤420℃。

④     當(dāng)流體有壓力脈動或流量脈動時，示值大幅度偏高，影響較大，因此不適用于脈動流。

（3）節(jié)流式差壓流量計優(yōu)點

①     節(jié)流式差壓流量計中的標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡單牢固，性能穩(wěn)定可靠，價格低廉。無需實流校準(zhǔn)就可使用，這在流量計中是少有的。

②     適用范圍廣泛。既適用于全部單相流體，也可測量部分混相流，如氣固、汽液、固液等。

③     高溫高壓大口徑和小流量均適用。

④     對振動不敏感，抗*力特別*。

（4）節(jié)流式差壓流量計局限性

①     測量度在流量計中屬中等水平。由于眾多因素的影響錯綜復(fù)雜，度難以提高。

②     范圍度窄，由于儀表信號（差壓）與流量為平方關(guān)系，一般范圍度僅3:1～4:1。

③     現(xiàn)場安裝條件要求較高，如需較長的直管段（指孔板、噴嘴），一般難以滿足。

④     節(jié)流裝置與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生泄露、堵塞及凍結(jié)、信號失真等故障。

zui近幾年發(fā)展起來的一體型節(jié)流式差壓流量計，雖然仍有引壓管線，但長度不足1m，因而減小了這方面的缺陷。

⑤     壓損大（指孔板、噴嘴）。

3.1.9  蒸汽相變對流量測量的影響  

水蒸氣顧名思義是氣相，但在一定條件下會變成液相；飽和水蒸氣中的水滴本是液相，但在一定條件會被蒸發(fā)變成氣相。這是蒸汽質(zhì)量流量測量中常常碰到的汽水相變。

在推導(dǎo)式質(zhì)量流量計中，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是蒸汽密度的求取，蒸汽相變發(fā)生后，就使得通常由蒸汽溫度壓力求取其密度的關(guān)系發(fā)生變化，因此必須認真對待。

（1）氣相變液相    過熱蒸汽在經(jīng)過長距離輸送后，往往會因為熱量損失、溫度降低，使其從過熱狀態(tài)進入飽和狀態(tài)，甚至部分蒸汽冷凝出現(xiàn)相變而變成水滴。這些水滴對流量測量結(jié)果究竟有多大影響，下面舉例說明。

有一常用壓力為1.0MPa 的過熱蒸汽，其流量為qm，假設(shè)經(jīng)長距離輸送后有10％qm冷凝成水滴，令其為qm1，而保持氣態(tài)的部分為qms，從定義知，此時濕蒸汽的干度為

          X＝                         （3.22）

由于采用溫壓補償，所以按照臨界飽和狀態(tài)查表，得到此時的蒸汽（干部分）密度為ρs＝5.6808kg/m³，，查水密度表知此時水滴的密度為ρL＝882.47 kg/m³，顯然水滴與蒸汽干部分的體積流量為

                      q_vl=qml/ρ₁                             (3.23)

                      q_vs=qms/ρ₂                              (3.24)

式中    qv1――水滴的體積流量，m3/s；

        qvs――蒸汽干部分的體積流量，m3/s。

      由定義知，蒸汽干部分體積流量占濕蒸汽總體積流量qv之比Rv為

                 Rv=              (3.25)

因為                              （3.26）

所以              Rv=                             (3.27)

在該例中，Rv=99.93%，由此可見，在濕蒸汽中，水滴所占的體積比可忽略不計。

①                  選用渦街流量計時濕度對測量結(jié)果的影響。渦街流量計的輸出僅與流過測量管的流體流速成正比，在測量濕飽和蒸汽時，水滴對渦街流量計輸出的影響可忽略,故可認為，渦街流量計的輸出*是由濕蒸汽的干部分所引起。而干部分的密度，無論是壓力補償或溫度補償，都可較地查出。

  蒸汽計量地結(jié)果往往作為供需雙方經(jīng)濟結(jié)算地依據(jù)。如果雙方約定按蒸汽干部分結(jié)算費用，冷凝水不收費，則在本例中相變對測量的影響微不足道，可以忽略。如果冷凝水也按照蒸汽一樣收費，則渦街流量計的計量結(jié)果偏低值為1－X。

②                  選用孔板流量計時濕度對測量結(jié)果的影響。從GB/T2624-1993標(biāo)準(zhǔn)知^[1]，孔板流量計測量蒸汽質(zhì)量流量時有式（3.1）。

當(dāng)過熱蒸汽熱量損失而脫離過熱狀態(tài)后，只可能出現(xiàn)兩種情況。一種是進入臨界飽和狀態(tài),另一種是進入過飽和狀態(tài)。如果進入臨界飽和狀態(tài)，從理論上講，流量計不會因此而增大誤差，因為在式（3.1）中，根據(jù)蒸汽壓力查出的р1與實際密度是相符的。如果進入過飽和狀態(tài)，情況就復(fù)雜了。

  一般認為，蒸汽干度較高（X≥95％）時流體表現(xiàn)為均相流動。溫壓補償可按通常方法進行；但出現(xiàn)一定誤差。在式（3.1）中，р1是實際流體濕飽和蒸汽的密度，其值比臨界飽和狀態(tài)的大，而且干度越低密度越大。而人們根據(jù)壓力查出的是臨界飽和狀態(tài)的密度，比實際密度小，所以質(zhì)量流量計結(jié)果出現(xiàn)負誤差。在濕度不進行測量的情況下，X是未知數(shù)，因此，測量結(jié)果偏低多少是個未知數(shù)。

  在蒸汽干度較低（X≤95％）時，管道中的流體出現(xiàn)分層流動，產(chǎn)生誤差更大。

（2）濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽      濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽，一般發(fā)生在濕飽和蒸汽突然較大幅度減壓，流體出現(xiàn)絕熱膨脹時。

①     相變過程。濕飽和蒸汽中的蒸汽和水滴，處于汽液相平衡狀態(tài)，在壓力突然降低而低于平衡壓力時，水滴部分蒸汽，同時從液相和氣相中吸收汽化熱，使汽液相溫度降低。如果溫度降低得不多或蒸發(fā)前濕度較高，就會使溫度迅速降低到與新的壓力所對應(yīng)的飽和溫度，建立新的平衡。這時蒸汽仍為濕飽和蒸汽。如果壓力降低得很多或蒸發(fā)前濕度較低，則因水滴蒸發(fā)而使溫度降低后仍高于新的壓力所對應(yīng)得飽和溫度，則蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài)^[5]。

②     蒸發(fā)對流量測量的影響

a.     上述蒸發(fā)發(fā)生后得到的兩種結(jié)果，前一種對補償無影響，僅僅是蒸汽中的干部分增加，干度相應(yīng)增大。

b.       如果蒸發(fā)發(fā)生后，蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài)，而流量計又恰巧安裝在減壓之后的管道上。這時對流量計的影響分以下三種情況。

設(shè)計時已經(jīng)考慮到蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài)，或處于何種狀態(tài)難以確定，或有時是過熱狀態(tài)有時是飽和狀態(tài)，所以采用溫壓補償，則上述相變對測量結(jié)果無影響。

設(shè)計時按飽和蒸汽考慮，而且采用壓力補償，則上述相變將帶來較小的誤差，即過熱蒸汽溫度同飽和溫度之差所對應(yīng)的密度差造成的補償誤差。

設(shè)計時按飽和蒸汽考慮，但采用溫度補償，則將過熱蒸汽溫度當(dāng)作飽和溫度去查密度表。一般會引起較大的誤差。

③     舉例。有一化工廠^[5]，鍋爐房供飽和蒸汽，并根據(jù)各用戶中蒸汽壓力妖氣值zui高的一個決定鍋爐供汽壓力為1.0MPa，多數(shù)用戶在蒸汽總管進裝置時先經(jīng)減壓閥減壓。先從圖3.12所示的一個實例著手進行分析。

  圖3.12蒸汽減壓和流量測量示意

用作進入裝置蒸汽計量的渦街流量計安裝在減壓（穩(wěn)壓——閥之后。原設(shè)計按飽和蒸汽考慮，采用溫度補償。經(jīng)減壓，蒸汽總管帶入的水滴蒸發(fā)完后汽溫仍高于飽和溫度，呈過熱狀態(tài)，現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)如圖所示。這是流量二次表按照所測量到的溫度t2＝162.4℃查飽和蒸汽密度表，得р2＝3.4528kg/m3，而按照t2和p2兩個測量值查過熱蒸汽密度表，得密度р2′＝2.6897kg/m3,所以質(zhì)量流量計算結(jié)果出現(xiàn)28.37％的誤差,即

   δmt =

在本例中，如果采用壓力補償，則根據(jù)p2=0.42MPa的信號查飽和蒸汽密度表，應(yīng)得到р″2＝2.7761kg/m3，則補償誤差為

δmp=

⑤     解決辦法

a.     將總蒸汽流量計安裝在減壓閥之前。由于上述蒸汽未經(jīng)減壓時，確屬飽和蒸汽，所以，將流量計安裝在減壓閥之前，按飽和蒸汽補償方法處理，可保證測量度。

b.       如果流量計只能安裝在減壓閥后面，則可增裝一臺壓力變送器，進行溫壓補償。